【采煤作业液压支架结构设计（论文）11000字】

IV采煤作业液压支架结构设计摘要液压支架是矿井挖掘中，必定会用到地机械，他的作用就是在工人工作时支撑煤层，保证工人的工作安全，减少煤矿瓦斯和透水事故的发生，来保证煤炭开采效益和效率的机械。在本文中，设计了液压支架的主要零部件，支架的型号，主要支撑部件和液压系统，以及防止支架出现事故的稳定机构四杆机构。根据支架工作时上升和下降的过程，来设计四杆机构保证支架的稳定性。再根据支架支撑部件的受力来设计并校核支架的顶梁，立柱，底座等部件，最后在容易机械疲劳的部位增加钢板，增加刚度和支架的支撑强度。在设计支架时，需要对支架进行分析，包括支架承重时的受力分析，支架在上升和下降时的运动分析，以及在工作过程中的姿态分析，确保在怎样的环境范围下，支架不会因外部大环境的变换而发生事故，最后再确定一个最合理的方案，本论文主要是在支架的工作原理之上，进行支架的设计和主要部件的校核。关键词：液压支架，设计，姿态，稳定性目录TOC\o"1-3"\h\u12373摘要 2250901绪论 519421.2国内外液压支架的研究现状及发展 5143721.3本课题的研究目的和意义 625682液压支架基本理论分析 7213452.1液压支架的组成 7156742.2液压支架的分类 7259082.3液压支架的工作原理 7223132.3.1液压支架立柱工作阶段 8133892.4设计液压支架的基本要求 9291302.5液压支架选型的潜在影响因素 9124912.5.1液压支架架型的选择 9273403液压支架的整体结构设计 11326163.1支架高度等相关参数的确定 1117069一支架高度 1123238二支架的调高比 1132046三支架间距 1125739四支架底座长度，宽度的确定。 11221833.2四连杆机构设计 123048一四连杆机构的作用 1231955二液压支架四连杆机构的基本参数 1276113.3顶梁的相关设计 1312030一顶梁类型的选择 1329298二顶梁长度计算 1322503.4支架支护强度及立柱的设计 134184一支护面积 135084二支护强度 133316三立柱设计 1424626四底座比压计算 153736五立柱得特点及布置 158181六千斤顶的参数确定 165986七支架受力 17273894液压系统设计 20197644.1控制方式 20121374.2电液自动控制 20200744.3阀的选择 21163724.4乳化液泵站的选择 21249295结论 2313804参考文献 241绪论中国是人口第一世界大国，每一天都在消耗着很大量的能源来供给基础设施，来保证社会秩序的稳定，化石能源是主要的能源供给，纵然新能源的比重在逐步上升，但是煤炭资源依旧是能源供给的主要方式。当下社会的主要的能源都是靠开采煤炭，为了能及时地供给煤炭资源，就必须保证煤炭能够稳定的被开采出来，想要开采出煤炭，那么就必须借助机械的帮助，在机械化程度很高的今天，煤炭的开采已经有了相当成熟的设备，这样就能进行更大，更加全方位的开采，称为综合开采，他从破碎机开始，每一个环节都有机械辅助，在保证开采效率的同时，还能减轻开采人员的劳动强度，杜绝了瓦斯泄露和透水事故的发生，提升了煤矿开采的整体的连续性，提升了生产效益。1.2国内外液压支架的研究现状及发展自十七世纪末期，英国人瓦特改良了蒸汽机之后，人们对能量的利用效率大大提升，而这时英国的煤矿开采也进入了黄金期，在蒸汽机的刺激下，煤炭的需求量就大大提升，而靠平时的人力开采已经无法供应，而且早期的开采都是人力支护，很容易就会发生矿难，直到二十世纪，这样的现象导致每年都死去很多无辜的人，英国煤炭局就主张放弃这种人力的方式，使用机械来代替人力的支护方式，在二十世纪五十年代，英国煤炭局在政府的支持下，开发出了垛式液压支架结束了以前需要人力和木材的支护方式，不但耗费人力物力还容易引发事故，这一革命性的技术为煤矿开采开辟了新的道路，之后的几十年之内，西欧国家争相对支架进行结构和支架材料的更新和换代，而在七十年代，英国煤炭局再一次提出了在液压支架中加入液压系统来控制液压支架，这一项技术不但减少了人工控制的必要的人数要求，同时还加大了煤炭的开采效率，于是这一项技术在接下来的时间内迅速成熟，并且先后在美国和澳大利亚得到验证。而对于中国而言，在新中国成立后，国内重工业程度很低，不具备设计和生产大型的开采机械地能力，只有轻工业稍微发达一些，只能满足国内的一些日常用品的需要，直到上世纪七十年代，在中央的特批下，从国外引进了液压支架，一方面进行矿山开采工作，另一方面国内的沈阳所等机几家大型机械厂家，自发组织研发人员对国外支架进行拆解研究，在学习到国外支架的优势的情况下，结合国内的煤矿开采的地质环境，希望研发出适合国内开采环境的支架，直到1984年，在三大厂家的联合研发之下，成功的研发出了我国的第一套放顶煤液压支架，在工业性实验中，支架能稳定运行，支护能力也达到标准，在这之后，研发团队又开发出了真正最具代表性的QY系列和ZY系列支架。在这样的成功之下，国内的液压支架发展迎来了井喷式的发展，逐渐开始追赶国际水平，在九十年代，随着我国的煤矿开采数量大幅增加，国内的液压支架的性能和参数都得到了大幅的提升，同时有更多的液压支架被开发出来，尤其是放顶煤开采技术在我国的成功应用，加速了我国的液压支架的发展，直到现在，我国的液压支架的设计和制造水平也在以极快的速度向世界水平追赶。1.3本课题的研究目的和意义液压支架是煤矿综合机械化开采的支护装置。鉴于现代社会需要在确保安全生产的基础上提高拆卸效率，尽可能地减少生产成本，完成利益的最大化，像液压支架这样的大型自动化和机械化的综采设备是必不可少的，但是因为煤层分布不同，会出现不同的地质，在不同的环境下工作时，为了提高液压支架的可靠性，支架的载荷和工作条件不同，相应的力学特性也不同，在前期的设计过程中需要用现代的理论和设计方法对液压支架的各部分构件进行分析，在分析之后就可以掌握不同型号的支架的构件所存在的缺点和不足，再针对这些缺点和不足，对支架进行优化来完善支架的支护性能。同时现在社会日常运作的主要能量的来源依旧是煤炭带来的能量进行的转化，社会对能源的需求日益增加，所以想要增加煤炭的开采量就必须结合现代的机械化设备，才能最大限度地增加经济效益。同时在设计时，通过了解液压支架的基本结构，和支架的运行方式，再结合自己的一些相关的知识，根据开采的地质环境，选择最佳的设计方案，并且对重要部件进行必要的校核，对自己机械方面相关知识进行深化，同时还能发现一些自己在这方面的不足。2液压支架基本理论分析2.1液压支架的组成液压支护设备是由液压元件和其他金属构件组成，并利用高压液体的压力与液体可压缩性极小的特性来支撑工作面顶板，以达到维护作业空间的一种装置。支架顶梁直接与顶板接触承受顶板压力载荷，并为立柱和掩护梁提供连接点。掩护梁与采空区冒落岩石接触并阻挡其涌入工作空间，承受冒落岩石的重量载荷和来自顶板的水平推力载荷。掩护梁上部与顶梁相接，下部与前后，后连杆相铰接。底座直接坐落在底板上，将来自顶板的各种载荷传给底板。推移千斤顶装设在底座中间。立柱上下端分别铰接于顶梁与底座上，直接承受顶板压力载荷，踏实液压支架的主要部件。2.2液压支架的分类一支撑式液压支架他的主要特征是利用液压支柱产生的纵向的支撑力来支撑顶梁防止顶部的煤层下落，利用前伸梁完成对需要开采的煤层的临时支撑，当在侧边有支撑条件的情况下收回前伸梁，支架系统向前移动，更换为顶梁支撑，接下来以此循环完成设备的前移这种支架适用于直接顶板稳定、主顶板周期性压力明显或较强、水平力较小的情况。但支撑式支架相比于垛式支架可以提供更强的支撑力，而且作用点也转移到了支架的后部，相比于垛式支架的节点式支撑，拥有更好的切顶性，但是抵抗水平载荷的能力很差，稳定性不是很强，防矸能力也很差，煤层上掉落的矸石很容易窜进工作空间干扰甚至是砸伤工人，威胁工人的安全工作，但是他能带来更大的工作空间和通风断面。二掩护式支架最主要的体现就是防护梁的设计主要防止了已开采区域的矸石下落而其前梁设计和交替支撑推进原理和支撑式支架相同。掩护式支撑支架通过和支撑式支撑支架使用侧重点的不同进行比较，支撑式支撑支架仅着重于提升支护的支撑强度，而掩护式支撑支架则着重于掩护，提升了整个掩护梁的宽度，虽然知是加宽了一个掩护支护梁的宽度，但更大更高效的防止了煤矿开采重点区域的煤矿矸石的大量下落而为进入工作区域的工作人员保留跟多空间，而屏蔽梁跟顶梁铰接，其下端通过连杆与支架底座相连形成四连杆机构。不仅保持稳定得梁端距，还能保证稳定的水平推力。三支撑掩护式支架在支撑式支架和掩护式支架都成熟的条件下，工程师结合了两种类型的支架的优缺点研发了新型的支撑掩护型支架，支撑掩护型支架结合之前两种支架结构和特点，支撑掩护型支架的顶梁分为两个部分，分别由前梁和顶梁组成，因为存在前梁和顶梁，所以增加了立柱，两根变为四根，布置于顶梁和底座之间，分为两派可根据不同的需要进行前倾或者后倾的布置，屏蔽梁通过铰链连接到顶部梁的尾端底座通过连杆连接到下端，这样的支架防护性好，工作面积和通风面积大，很快就在国内的煤矿中广泛应用。2.3液压支架的工作原理液压支架在工作时主要依靠高压液体，立柱和相应的动力千斤顶来实现支架的升架，降架，推溜，移架四个基本动作。一升架由泵站输送来的高压液体经过液控单向阀进入立柱下腔，立柱上腔的液体通过操纵阀回流，立柱外伸支架生气二推溜支架在支撑状态下时，高压液体经过操纵阀进入推移千斤顶，千斤顶活塞杆伸出，将工作面输送机推向煤壁。三降架高压液体经过操纵阀流入立柱上腔，并同时打开液控单向阀，立柱下腔液体经过液控单向阀，操纵阀回流，立柱回缩，支架高度降低。四移架支架卸载或者部分卸载后，高压液体进入千斤顶，千斤顶缸体带动支架移动。2.3.1液压支架立柱工作阶段初阶段当升降柱从顶板接触到顶部梁时，在较快的液压腔处上升的柱上升，停止泵站压力，此阶段的拉杆柱的前期阶段，在这个阶段结束时，支撑柱和顶板支架的力就是所设定的载荷承载阶段垂直支撑完成之后，进入支撑阶段，在承重阶段，支柱有增阻和恒阻阶段，如果支柱腔体和溢流阀连接，当支撑力大于阻力设定值时，腔室中液体的压力通过溢流阀流出，来保证支架支撑力的最大值。卸荷阶段控制阀保持高压室和低压室回路的连接，在工作阻力和另一侧压力的连接下，推动液压缸反方向。降柱移架当液压支柱移动时，必须先将支撑架向下，将控制阀放在机架为止高压液体从千斤顶的乳液推杆腔进入泵站，活塞腔和液体返回。这种情况下支撑件与传送带一起作为支点向前移动。移动机架后，抬起支架使支架支撑顶板。2.4设计液压支架的基本要求1液压支架应具有足够的初始强度和耐久性，以有效控制顶板并确保充分降低2煤石的预防和排放性能好，支撑系统和其他设备需要大量旋转运动来参与，并且碎屑无法侵入组织来干扰设备运行。3支架要具有足够的刚度和强度，特别是顶梁，立柱，底座这样的主要承载部件，并且还要具备机械装置必须具有的抗疲劳性。4在满足上面的情况下，尽可能地去减轻支架的重量，一方面是减轻生产成本，另一方面也方便支架的移动和损坏时的维修。5支架的工作范围要想多大一些，保证开采工作人员的安全工作空间，以及事故时的通风面积。2.5液压支架选型的潜在影响因素煤层厚度支架的类型有很多，适用于不同环境下的煤层状况，不同的煤层厚度，支架在工作时受到的阻力和推力也不相同，甚至有的煤层的开采工作需要支架还要带有一定的防护装置，所以煤层厚度的不同，意味着选用的支架的类型也不同。煤层的倾斜角度在煤矿开采时，除了煤层的厚度的影响之外，煤层的倾斜角度也会影响支架的型号的选择，如果煤层的倾斜角度大，在开采时，支架的姿态也会发生变化，如果煤层的倾斜角小于15°，那选取的支架就需要给支架装配防滑和调整姿态的装置，防止支架在工作时，因为姿态的变化发生支架倾倒的事故。底板性质支架的底板承受了来自支架的所有的向下的载荷，煤层状况的不同，底板岩土情况也不同，所以不同的煤层，底板的土质状况不同，选用的支架也需要进行挑选，同时支架的底座还得具有一定的适应性，能适应底板土质的小的不平整性。地下水或瓦斯的涌出量在煤矿开采前，要对煤层周围的地质情况进行勘探，如果发现周围存在地下水或者瓦斯，在支架选型时，就需要考虑到工作人员的安全工作空间和通风的面积，结合这些去选择支架类型。2.5.1液压支架架型的选择支架设计基本条件，煤层的厚度为1.7-3.0米，煤层倾角小于25°，顶板中等稳定，底板较平整。现有的低放顶煤的支架，有两种常见的形式，一是将整个屏蔽梁作为插入版，二是在屏蔽梁中，上部的铰接式尾梁套在插入版上。即让煤层具有与自身匹配的支架结构，还使掩护梁尾部铰接的掩护面积变小，这样做不但设计合理，还降低了生产成本，减轻了支架的自身重量。之后梁可以旋转，就支撑了灵活地放煤空间，还增加了支架在不同大环境下的实用性和适用性，所以在结构上采用掩护式液压支架，而掩护式动力支架分为两根立柱和四根立柱的区别，现代的大型煤矿许多采用四柱动力液压框架支撑，但由于支架的前后立柱之间受力不均匀，导致动力液压框架支柱受力失效，从而导致事故的矿难事故经常发生，而两柱式和掩护式动力液压支架的结构适应性小，自动化管理的难度小，日常维护的工作量小，所以选择两柱掩护式液压支架作为本次设计的支架。3液压支架的整体结构设计3.1支架高度等相关参数的确定一支架高度支架的最小高度指立柱完全缩回后支架的垂直高度。Hmin=Mmin−s−g−e（式3.1)Hmin即支架最小高度Mmin即煤层最小开采厚度s即立柱下沉量g即浮矸厚度e即移架的最小回缩量支架的最大高度指立柱完全伸出后支架的垂直高度。Hmax=Mmax+(200~300)（式3.2)Hmax即支架最大高度Mmax即煤层最大开采厚度200~300，为防止矸石冒落预留处所需要增加的高度。在本次设计中采高为1.7~3.0米，所以支架高度为1.5~3.5米二支架的调高比支架的最大高度和最小高度之比称为液压支架的调高比，他反映了支架对煤层开采厚度变化的适应能力。i=Hmax/Hmin（式3.3)代入数据得i=2.33三支架间距对于国外引进的液压支架，因为支架型号的不同，会有不同的中心距进行匹配，在我国对国外的支架进行引进之后，在对相关的支架设备进行相关的研究设计后，因我国现有的输送机中部槽固定长度为1.5m，且支架推移所用到的千斤顶需要连接到中部连接器的槽上，所以国内的支架间距普遍为1.5米，所以在本次设计中支架的间距也取1.5米。四支架底座长度，宽度的确定。液压支撑基座时另一个主轴承构件，也是构成四连杆机构的部件之一，通过支柱来传递负载，再在地板上散开，而且底座需要安装在合适的通道上，所以要求底座要有足够的刚度和强度，对底板的起伏适应性较强，比与底板的平均接触压力要小。通常，盾构支撑架底座的长度是位移步长的3.5倍（镜架位移增量为0.6m），即约为2.1m，本设计为2.1m，而当咬合架移位在此前提下，应尽可能加宽以提高支架的侧向稳定性。基部中心距离减去宽度通常为100〜150毫米。当其中心距离为1500mm时，底座的宽度为1350〜1400mm，因此底座的宽度在本设计中为1.4m。3.2四连杆机构设计一四连杆机构的作用当支撑柱升起时，上梁的前端将围绕掩护支架和底座之间的交点摆动，导致梁线随支撑高度的变化而变化，支架支撑高度小，梁端距小，支撑高度大，梁端距大，在大采高时将严重影响液压支架对顶梁前端顶板的支护效果。在发现这一系列的问题之后工程师在液压支架上增加了四连杆机构，而液压支架上的四连杆机构实质上是一个双摇杆机构，他的特征是以运动构件中最短件的对边的固定件，工作时为摇杆只做摆动而不是做圆周运动，他的功能是在摇杆摆动期间，连接两个摇杆的连杆上任意一点的运动轨迹均为双纽线。因此只要各个构件之间的结构参数选择及安装的合适则连杆的运动轨迹中有一段近似于直线，有了四连杆机构才使液压支架具有了承受来自顶板或者是下落矸石的水平载荷，从而提高了支架的水平稳定性。为了规划液压支架四连杆机构中的空间，在液压支架结构上规划四级连接的空间时，前连接一般采用分体式钢板焊接箱形结构，后连接一般采用整体箱形结构。这种设计不仅增加了整个支架的刚度，还增加了支架下的工作面积，同时给液压管路的铺设带来了便利。二液压支架四连杆机构的基本参数（1）支架在最高位置时，顶梁与掩护梁的夹角一般在52°至62°，而底座与连杆的夹角一般为75°至85°支架在最低位置时，保证顶梁与掩护梁的夹角要不小于25°（2）后连杆与掩护梁的比值，掩护式支架在0.45至0.61;（3）前后连杆上绞点之距与掩护梁的比值为在0.22至0.3。（4）顶梁顶点的运动轨迹呈近似双纽线，支架由高到低双纽线运动轨迹的最大宽度mm以下。图3.1四连杆机构简图根据四杆机构的参数要求，选定支架顶梁与掩护梁的夹角为52°，底座与连杆的夹角为75°，即上图中a4=52°，a2=75°，令图中掩护梁的长度为y，连杆的长度为x，根据四连杆机构基本参数，后连杆与掩护梁的比值在0.45~0.61之间即X/Y=0.45~0.61，取为0.5，图中支架在最高位置时可以得到算式H=xsina4+ysina2（式3.4)前面已知支架的最高位置的高度为3.5米，先掩护梁长度，即y=h/(x/y)sina4+sina2（式3.5)已知x/y=0.5代入数据可得：x=1.25米，y=2.5米，即掩护梁的长度为2.5米，连杆的长度为1.25米。3.3顶梁的相关设计一顶梁类型的选择顶梁是液压支架支撑顶板，直接承载地构件。除满足一定的刚度和强度外，顶梁对底板的覆盖率要高，要尽可能地适应顶板凹凸不平的变化。顶梁在大类中分为两大类，一是整体化的顶梁，这样的顶梁，结构简单，梁的长度长，但是对于顶板凹凸不平的适应力很差，所以逐渐淘汰，二是分段组合式的顶梁，在这其中又分为伸缩式的活动前梁，和铰接式活动前梁，在本次设计中，为贴合支架的四连杆机构，在计算时，考虑到支架的整体运动轨迹大致为一条直线，而前梁的运动轨迹近似为一条双扭线，所以在本次设计中，选用铰接式的活动前梁。同时为了增加顶梁结构的整体的刚性，减轻整体的重量，所以对顶梁进行由钢板焊接而成的整体的箱式结构，在保证刚性的同时，还在箱盖之间焊接了加强筋板，来保证强度。二顶梁长度计算在顶梁的长度计算时，涉及到支架相配套的运输机等的相关尺寸，底座长度，以及前面提及的掩护梁和连杆长度。令运输机的配套长度的相关尺寸为w，底座长度为s，掩护梁为y，连杆长度为x，在本次设计中选择了能与大部分支架相配合的普通的输送机类型，为采煤机：MXA-300/3.5，刮板输送机：SGZ-730/320。再查找相关《矿山机械》资料，找到相关的配套尺寸即w=1000mm，顶梁长度为L。即L=(w+s+xcosa2)−(ycosa4+300+e)+100（式3.6)将个数据带入算式可得到顶梁长度L=1710mm式中e即为顶梁顶点运动轨迹的最大运动距离，一般在70mm之下，在本式中取65mm.3.4支架支护强度及立柱的设计一支护面积支架的支护面积有相对应的公式，如下s=b(L+∆公式中：b代表支架的间距，∆为移架后顶梁前端点到煤壁的距离，一般这个数值取0.3。带入数据计算可得支架的支护面积为5.034平方米。二支护强度在本次支架设计以zy200014/31为基础设计，所以在基础的工作阻力方面沿用原支架的工作阻力等原数据。所以在支架的支护强度方面可以利用公式q=F/S该支架的工作阻力为1900kN，带入数据得q=377kN/m^2三立柱设计首先需要确定立柱的直径，可利用以下公式（式3.8）DdF1ndPa—安全阀调整压力Am—立柱最大倾角带入数据可得立柱的直径为D=167mm，根据综采手册，选择立柱的直径为170mm。在确定立柱的直径之后需要确定立柱的工作阻力，首先利用安全阀调定压力的计算公式MPa（式3.9）工作阻力计算公式为（F1m为理论支护阻力）kn（式4.0）式中—支架在最高位置时立柱倾角取15°带入数据可得式中F1为984kn，在计算出立柱的工作阻力之后，再计算安全阀的调定压力，额定的压力为50mpa，带入数据可得调定压力为43.4mpa立柱工作阻力为kn（式4.1)式中pa以额定压力值带入，将数据全部带入可得p2=1134.3kn。接下来计算缸底的厚度，借用公式（式4.2）计算出缸底的厚度，p是缸内的最大压力为50mpa,σ为材料的需用应力，这里选用铸钢为材料，他的许用应力为100mpa。最后在查表之后确定立柱直径为170mm，工作阻力1900kn，额定工作压力50mpa，泵站压力32mpa。四底座比压计算该支架的接触比压可利用以下公式计算Pn=F/bl（式4.3)在该公式中F为支架的工作阻力，b为支架的宽度，l为支架的长度。带入数据可得Pn=0.646mpa。五立柱的特点及布置液压支架的立柱因支架类型的不同而有不同的结构形式，但是立柱具有很多共同的特点，（1）立柱的缸体的缸底和活柱顶端大部分都是球面结构，这种结构能够适应因支架支撑高度的变化而出现的不平整的状况，使立柱具有很强的自调位支撑性能。（2）立柱的活柱直径较大，在支架下降时，由于顶梁与活柱的自重的原因，不需要支架施加很大的迫降力，所以应该尽量增大活柱直径用来保证立柱的足够的刚度和强度，但在保证刚度和强度的同时还要减轻支架的重量，现在多采用高强度的空心管材来制作立柱的活柱部分，（3）为了防止立柱的活头在长时间的工作过程中出现磨损，在活柱表面涂有复合材料形成的镀层，一般在活柱的表面都会镀上一些铜镍铬的合金，在降低磨损的同时，还减少了支架的维修，降低了维修成本。对于立柱而言，倾斜的盾构支撑装置克服了一些水平力，一般来说立柱轴线上部之间的夹角，小于两条垂线，但可以在既定的高度范围内尽量地增大角度，立柱得上横梁越短，立柱的倾斜角度越大，从而使套筒在横梁上的位置向前移动，增加了横梁在前端的承载能力。如下图所示，图3.2顶梁受力分析图（式4.2）式中：x－立柱上柱窝至顶梁和掩护梁F1－支架支护阻力；q－支架最大支护强度；Lg－顶梁长度；pth1－顶梁和掩护梁h2α－立柱在最高位置时的倾角；w取0.3；带入数值计算可得立柱的布置位置在x=0.790米的位置六千斤顶的参数确定1推移千斤顶推移千斤顶主要在支架推移时提供作用力来使支架移动的装置。在本次设计中选用框架式的推移装置，首先可以用以下公式计算千斤顶的缸筒直径。（式4.3）式中--－推移千斤顶的推力，N，在本次设计中式对中厚式煤层的设计所以推力选择150kn，将数据代入公式可得推移千斤顶的缸筒直径为120.4mm，查找手册，确定标准直径为121mm，行程为750mm。2平衡千斤顶根据液压支架的千斤顶缸与活塞杆的匹配关系表，选定平衡千斤顶的缸径为160mm，推力为640kn，拉力为460kn。但是在工作时为了保证平衡千斤顶和掩护梁不会发生把碰撞而相互影响，所以需要将平行千斤顶和支架的掩护梁布置成相互平行的样子，所以千斤顶的布置高度为（式4.4）Be—掩护梁厚度；Db—平衡千斤顶外径；h1=0.16+0.11+0.08+0.03=0.38米七支架受力该支架整体受力如图所示，和已知，求、及作用点位置。图3.3支架受力图图3.4顶梁受力图（式4.5）再取顶梁和掩护梁为分离体：对点取矩，可求得的表达式，解出（式4.6）图3.5掩护梁受力图由顶梁分离体写出力系平衡方程，再由此解出顶梁与掩护梁交点的内力（式4.7）（式4.8）取掩护梁为分离体，写出力系的x方向和y方向平衡方程解出、。（式4.9）（式5.0）计算后得（式5.1）X=0.891米4液压系统设计4.1电液自动控制一系统的组成电液自动控制系统最主要的是中央控制器，他是一台微型计算机，主要是用来协调和控制全工作面支架的工作秩序以及状况的检测和记录，或是向地面传输数据和支架的工作状况。支架控制器是下一级的微机，他通过分线盒和传感器以及电磁操纵阀相连，操作人员通过分机控制器发出控制命令。压力传感器的作用是将有关部位的压力信号转换为电信号，再通过对电信号的测量确定压力的大小。位移传感器是将顶梁等相关的部件的位移转换为电信号，分为直线位移传感器和角位移传感器，一个用于支架的推移等，另一个用于对前梁的状态的测量。二系统的工作原理对于单个支架，支架和中央控制器在控制器发出命令时，打开相应的电磁阀，连接到液压缸的液体供应，从而使液压缸工作，将哪些工作条件提供给控制器然后，控制器通过压力传感器和位移传感器确定电动液压阀是否根据传感器提供的信号进行操作。在系统方面，每个机架控制器和中央控制器的所有站点都通过该网络形成一个集体，每个机架控制器和中央控制器都由一个较大的整体组成，其中被选作控制台的每个控制器都可以发出命令固定在任何一个支架上，并且支架可以在正常工作状态下控制，也可以不反馈给中央控制器。图4.1电液自动控制系统工作原理图4.2阀的选择一控制阀控制阀是液压支架的关键元件之一，由液控3单向阀和安全阀组成，一般的液控单向阀是用来闭锁立柱或者千斤顶工作腔中的液体，对液控单向阀的基本要求为；（1）首先密封性要好，特别是立柱下腔油路上的液控单向阀，必须进行长时间内的绝对密封。（2）动作要灵敏，要对给出的指令进行灵活的反应。（3）工作时间要足够长。在本次设计中选择KDF2型号的球面密封液控单向阀，在支架的工作过程中，当支架上升时从操纵阀来的高压液体进入阀内作用于阀内钢球的左侧，使其产生向右地力，液体通过由压力在钢球周围产生的环状缝隙流入立柱活塞腔，当停止供液时，钢球在弹簧的作用下返回原位，阻断了活塞腔内的液体逆流，时支架支撑时更加稳定，不易出现安全事故。安全阀在液压支架中的作用是防止立柱或支架过载，保证支架安全的工作。他是支架具有恒阻特性和可缩性的关键元件。对安全阀的基本要求为：（1）关闭时必须完全密封。（2）动作灵敏，准确可靠。（3）能够稳定溢流。（4）使用寿命长。在本次设计中选用了YF4型的安全阀，在结构上阀芯与阀体之间采用o型密封圈，工作时当进口液体的压力小于弹簧的调定压力时，安全阀处于关闭状态，当进口压力大于弹簧的调定压力时安全阀开启，开启溢流。二操纵阀在液压支架中，为了实现支架的各种各样的动作，装设了很多的液压缸，这些液压缸都是由操纵阀来操纵，属于方向操纵阀，在国产的操纵阀中有ZC型，BCF4型，CZF型，EZCF型，但在国内支架上的使用时，大多都使用了ZC型的操纵阀。ZC型操纵阀是一个组合式片阀，它是由首片阀和尾片阀和许多的中片阀叠加而成的，其中首片阀和尾片阀在整个阀的最外的两侧。首片阀上有进，回液管接头与系统的主进，回液管相连。每一个中片阀上都有两个接头同一旁的液压缸的两个工作腔相连，一个中片阀控制一个液压缸动作，在同一个内对称的位置装有两个进液阀和两个回液阀，并且同一轴线上的进，回液阀构成了一个二位三通阀，控制液压缸同一腔体的液体的进出。4.3乳化液泵站的选择液压支护设备在工作时需要大量的压力液体，而这些液体的建立和输送全靠乳化液泵站来完成，所以说泵站是液压支护设备的动力源。泵站一般由两台乳化液泵和一台乳化液箱以及比较完善的控制装置完成，目前国内较为普遍的是XRB2B型和XRXTA型，在本次设计中选择XRXTA型。相比于前者后者具有磁性过滤室，在矿下工作环境复杂，土壤中含有磁性的灰尘和杂质，如果不进行磁性过滤，那对整个液压系统将是灾难性的，而且后者的质量相比于前者更加轻便，减轻了支架的整体重量所以选择后者。泵站由乳液罐和卸料装置组成。储罐由钢板焊接而成，分为三个腔室，一个沉淀腔室，一个电磁过滤腔室和一个工作室。从工作面或卸荷阀返回的液体首先进入沉淀室，沉淀后进入电磁过滤室，通过电磁过滤器除去液体中的磁性物质，然后通过过滤网槽除去沉淀物。非磁性悬浮物，然后进入工作室进行抽水，同时在每个腔室底部还设有一个放液塞和清渣盖，用于清理沉淀室的沉淀物。卸载装置由卸载阀和吸液过滤器组成，由于工作面的液压支护设备的状态不是一个稳定的状态，所以对泵站就要求要能持续不断的进行供液，同时当设备不需要压力液体时，泵又处于空载状态下运行，所以就设置了卸载阀，当压力液体进入卸载阀时，一路推进单向阀从接头流出，经过主回路到各个用液处，当液体压力低于弹簧的调定压力时先导阀关闭，阀前液体不流动，节流孔两端压力相等，作用于主阀向下的液压力和弹簧的合力大于主阀向上的液压力主阀关闭，卸载阀不卸载，当支架用液量减少或者不用时，泵排出的乳化液因液体的增多而压力增大，当增至卸载阀的开启压力时，先导阀开启，乳化液经过先导阀回液孔流回乳化液箱。在泵的吸液管和乳化液箱的连接之处，设置一个吸液过滤器，一个是为了对进入